【轻松备课】沪科版物理九年级上 第十三章第三节 内燃机 教学详案

第十三章 内能与热机
第三节 内燃机
设计说明 本节主要内容有：热机的共同特点，汽油机的构造和工作原理，热机与环境，热机的种类。在人类工业化发展的进程中，热机曾经起过而且还在起着非常重要的作用。让学生了解热机的工作原理和作用，树立效率和环保意识，对于提高学生的科学素养，进行STS教育，是非常有必要的。 本节教学时首先介绍热机的共同特点，即热机工作过程中的能量转化情况，这是后面分析汽油机工作过程的理论依据。然后分别介绍汽油机和柴油机的构造、工作原理、工作过程，通过学习能比较出柴油机与汽油机的不同。了解热机的种类和发展历程，提出热机效率和环境保护，向学生渗透效率意识和环保意识，领悟科学技术对社会发展产生的重要作用，激发学生的爱国主义情感。 教学目标 【知识与技能】 1.知道热机中能量的转化。 2.知道四冲程内燃机的构造和工作原理。 3.了解汽油机和柴油机的主要区别。 【过程与方法】 通过分析汽油机和柴油机的构造及工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法。 【情感、态度和价值观】 了解这些内燃机在生产和生活中的应用，感受到技术进步在工业文明发展中的重要作用。 重点难点 教学重点 汽油机的工作过程。 教学难点 柴油机与汽油机的不同点。 教学方法 学生自主学习和教师讲解相结合的教学方法。 教具、学具 模型、挂图、多媒体课件。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 汽车奔驰，列车飞驶，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云，火箭直冲太空……人们日行千里遨游太空的愿望已成现实。它们之所以能大展神威，是因为有了发动机。那么这些发动机是怎样来工作的呢？下面让我们一块去探索其中的奥秘吧！ 讲授新课 一、热机 【思考】每年的春节，吉庆的鞭炮声都伴随我们一起欢度新年。你有没有想过，燃放鞭炮时发生的能量转化与发射火箭时发生的能量转化一样吗？ (学生分析、交流、讨论后，教师订正。) 【分析】燃放鞭炮时，高温高压的燃气对外膨胀做功，内能转化为机械能；火箭升空时，高温高压的燃气对外膨胀做功，内能转化为机械能，将火箭送上蓝天。 【观察】如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。 让学生观察后回答看到的现象：A.酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；B.水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。 【教师点拨】从上述两个现象可以看出其能量转化的过程： 这就是热机的工作特点，它是人类历史上最伟大的发明之一。 【归纳总结】 1.热机：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。 2.分类：热机的种类很多，例如：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等，尽管它们的构造不同，但它们有一个共同的特点就是把内能转化为机械能。 3.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 4.内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 二、汽油机 用多媒体展示汽油机的结构图片让学生观察后，回答汽油机的主要构造及各部件的作用。 学生回答后，师生共同小结。 1.汽油机构造和作用 (1)气缸：其作用是使汽油在气缸的顶部燃烧从而产生高温、高压燃气。 (2)活塞：其作用是在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。 (3)连杆和曲轴：其作用是连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置跟工作机相连，将活塞的动力传给工作机。 (4)进气道：其作用是汽油和空气形成的燃料混合气的进口。 (5)排气道：其作用是燃料燃烧后废气的出口。 (6)火花塞：其作用是点火装置，能产生电火花使燃料混合物猛烈燃烧。 2.结合汽油机的挂图和模型，讲解汽油机的工作过程。 【教师讲解】汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程(也叫“行程”)。常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环往复进行下去。 (1)吸气冲程：旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞向下运动，进气阀打开，排气阀关闭，空气和汽油的混合气体通过进气阀进入气缸。 (2)压缩冲程：进气阀和排气阀都关闭，活塞在飞轮带动下，由下向上运动。缸内混合气体被压缩，内能增加，温度升高。 (3)做功冲程：压缩冲程结束时，气缸顶部的火花塞产生电火花，缸内气体猛烈燃烧，燃烧产生的高温、高压气体迅速膨胀向下推动活塞。向下运动的活塞利用曲轴连杆推动飞轮旋转做功。 (4)排气冲程：飞轮因惯性继续转动使活塞上升，进气阀关闭，排气阀打开，将燃烧后的废气排出。 【归纳总结】 吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程示意图进气阀开闭闭闭排气阀闭闭闭开活塞运动方向向下向上向下向上能量转化机械能转化为内能内能转化为机械能
【教师提问】 1.在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？ 2.哪个冲程使汽车获得了动力？ 3.哪个冲程排出了汽车的尾气？ 【学生回答，教师点拨】 (1)四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，气缸内的燃油燃烧爆发1次，对外做功1次；在不做功的冲程，活塞靠飞轮的惯性来运动。 (2)一个工作循环中有2次内能与机械能的转化过程：压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能。 三、柴油机 用多媒体展示汽油机、柴油机的模型图片让学生观察。 结合柴油机的模型，与汽油机对比简单讲解柴油机的工作过程。 【教师讲解】 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得体积很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。 做功冲程：在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 【教师点拨】 1.汽油机与柴油机的相同点 （1）都是燃料在气缸中燃烧。 （2）都是将内能转化为机械能的装置。 （3）汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程末。 （4）都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转2周，对外做功1次。 （5）排气冲程均排出废气。 （6）启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。 2.汽油机与柴油机的不同点 （1）构造不同：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 （2）吸气冲程不同：汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合气，柴油机吸入的是空气。 （3）点火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。 （4）应用不同：汽油机轻便，应用在汽车、飞机、摩托上等，柴油机笨重，应用在载重汽车、火车、轮船上。 （5）效率不同：汽油机的效率较低，柴油机的效率较高。 教师提问：在不做功的冲程，活塞为什么还会运动呢？ 【归纳总结】 1.启动内燃机，要靠外力(人力或电动机的驱动力)先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。 2.在做功冲程，燃气对活塞做功，内能转化为活塞的机械能，并有一部分机械能通过飞轮储存起来，然后依靠飞轮的惯性带动活塞，完成排气冲程及下一循环的吸气和压缩冲程。 课堂小结 一、热机 1.概念：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。 2.分类：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机。 3.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 4.内燃机的分类：汽油机和柴油机。 二、汽油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气阀、排气阀、火花塞。 2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 三、柴油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 当堂达标 1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（ ） A.温度升高，内能增大，压强增大 B.温度升高，内能增大，压强减小 C.温度降低，内能减小，压强减小 D.温度降低，内能减小，压强增大 答案：C 2.如图为四冲程汽油机工作过程的示意图。其中表示做功冲程的是（ ） 答案：A 3.将如图所示试管里的水加热一段时间后，塞在管口的橡皮塞会冲出去，汽油机的四个冲程中与此现象的能量转化情况相同的是（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 答案：C 4.关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ） A.汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B.柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气 C.汽油机在做功冲程中，进气阀关闭，排气阀打开 D.汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能 答案：D 5.汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是______冲程。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是，该汽油机每秒钟内做功______次，活塞往复______次，完成______个冲程。 答案：压缩 10 20 40 6.热机是把内能转化为_____能的装置。下图是某内燃机的构造示意图，则该内燃机为_______（选填“汽油机”或“柴油机”），此时为______冲程。 答案：机械 柴油机 压缩 板书设计 第三节 内燃机 一、热机 1.概念：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。 2.分类：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机。 3.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 4.内燃机的分类：汽油机和柴油机。 二、汽油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气阀、排气阀、火花塞。 2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 三、柴油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 教学反思